(57)【要約】  所定の特徴長さを有する共鳴空洞を画定し、かつ空洞開口を画定する管端部を画定する共鳴管と、管端部を、ライナによって囲まれる流体容積に流体連通した状態で可逆的に固定するように構成されるケースとを含む、音響ダンピング装置が提供される。空洞開口は、共鳴空洞に連結される。ケースは、ライナの穿孔領域を覆って押し付けられる通気式フェルールを含む。通気式フェルールは、流体容積と共鳴空洞の間に流体連通を形成するようにライナの穿孔領域および空洞開口に位置合わせされる、フェルール開口を画定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の特徴長さ（１１６）を有する共鳴空洞（１１０）を画定し、かつ空洞開口（１１３）を画定する管端部を画定する共鳴管（１０２）であって、前記空洞開口（１１３）が、前記共鳴空洞（１１０）に連結される、共鳴管（１０２）と
前記管端部を、ライナ（７０）によって囲まれる流体容積（６８）と流体連通した状態で可逆的に固定するように構成されるケース（１０４）と
を備える音響ダンピング装置（１００）であって、前記ケース（１０４）が、前記ライナ（７０）の穿孔領域（７２）を覆って押し付けられる通気式フェルール（１０６）を備え、前記通気式フェルール（１０６）が、フェルール開口（１５６）を画定し、前記ライナ（７０）の前記穿孔領域（７２）、前記フェルール開口（１５６）、および前記空洞開口（１１３）が、前記流体容積（６８）と前記共鳴空洞（１１０）の間に前記流体連通を形成するように位置合わせされる、音響ダンピング装置（１００）。
【請求項２】
前記共鳴管（１０２）が、所定の特徴長さ（１１６）の異なる複数の交換可能な共鳴管から選択される、請求項１記載の音響ダンピング装置（１００）。
【請求項３】
前記複数の交換可能な共鳴管が、約２．５ｃｍから約３８ｃｍの範囲に及ぶ所定の特徴長さ（１１６）を備える、請求項２記載の音響ダンピング装置（１００）。
【請求項４】
前記ケース（１０４）が、前記通気式フェルール（１０６）に連結される付勢部材（１０８）をさらに備え、前記付勢部材（１０８）が、前記通気式フェルール（１０６）を、前記穿孔領域（７２）を覆って押し付けられた状態に保つように構成される、請求項１記載の音響ダンピング装置（１００）。
【請求項５】
前記ケース（１０４）が、締結接続具（１２０）をさらに備え、前記締結接続具（１２０）は、前記共鳴管（１０２）の対応する締結部（１１８）に可逆的に連結して、前記管端部の前記空洞開口（１１３）を、前記ライナ（７０）によって囲まれる前記流体容積（６８）と流体連通した状態で可逆的に固定するように構成される、請求項１記載の音響ダンピング装置（１００）。
【請求項６】
前記通気式フェルール開口（１５６）が、前記空洞開口（１１３）と互いに隣り合う第１の半径から前記穿孔領域（７２）と互いに隣り合う第２の半径まで広がり、前記第２の半径が、前記第１の半径より大きい、請求項１記載の音響ダンピング装置（１００）。
【請求項７】
前記穿孔領域（７２）が、複数の開口（７４）を備え、前記複数の開口（７４）が、約１０個から約３０個の開口を備え、それぞれの前記開口が、約２０ｍｍから約６０ｍｍの範囲に及ぶ開口半径を備える、請求項１記載の音響ダンピング装置（１００）。
【請求項８】
ライナ（７０）によって囲まれる流体容積（６８）内の圧力変動をダンピングする方法であって、
前記ライナ（７０）を通る穿孔領域（７２）を形成するステップであって、前記穿孔領域（７２）が、前記ライナ（７０）の外表面（７８）と前記流体容積（６８）に互いに隣り合う前記ライナ（７０）の内表面（７６）との間に複数の開口（７４）を備える、ステップと、
前記穿孔領域（７２）に位置合わせして、前記外表面（７８）に音響ダンピング装置（１００）を連結するステップであって、前記音響ダンピング装置（１００）が、ケース（１０４）、ならびに所定の特徴長さ（１１６）で形成される共鳴空洞（１１０）と空洞開口（１１３）を画定する第１の端部とを含む共鳴管（１０２）を備える、ステップと、
前記穿孔領域（７２）を覆って前記外表面（７８）に前記ケース（１０４）を押し付けるステップであって、前記ケース（１０４）が、フェルール開口（１５６）を画定する通気式フェルール（１０６）を備える、ステップと、
前記穿孔領域（７２）、前記フェルール開口（１５６）、および前記空洞開口（１１３）が、前記流体容積（６８）と前記共鳴チャンバ（１１０）の間に流体連通を形成するように位置合わせされた状態で、前記ケース（１０４）に前記第１の端部を連結するステップとを含む、方法。
【請求項９】
複数の交換可能な共鳴管から前記共鳴管（１０２）を選択するステップをさらに含み、前記複数の交換可能な共鳴管のそれぞれが、約２．５ｃｍから約３８ｃｍの範囲に及ぶ様々な所定の特徴長さ（１１６）を有する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の交換可能な共鳴管から前記交換可能な共鳴管（１０２）を選択するステップが、前記流体容積（６８）内の前記圧力変動の１／４波長におおよそ等しい前記所定の特徴長さ（１１６）を有する前記交換可能な共鳴管（１０２）を選択するステップをさらに含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記ケース（１０４）から前記管端部を連結解除し、
前記共鳴管（１０２）の対応する前記特徴長さ（１１６）とは異なる第２の特徴長さを有する第２の共鳴管を選択し、
前記ケース（１０４）に前記第２の共鳴管の第２の管端部を連結することにより、前記流体容積（６８）内の前記圧力変動の前記ダンピングを調整するステップをさらに含み、
前記第２の共鳴管が、前記圧力変動の前記１／４波長に前記第２の特徴長さを一致させるように選択される、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記流体容積（６８）内の前記圧力変動の前記ダンピングを調節するステップが、
前記ライナ（７０）を通る少なくとも１つの追加的な穿孔領域を形成するステップと、
前記少なくとも１つの追加的な穿孔領域のそれぞれを覆って、追加的なケースと追加的な共鳴管とを備える追加的な音響ダンピング装置を組み付けるステップとをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの追加的な穿孔領域のそれぞれを覆って追加的な音響ダンピング装置を組み付けるステップが、それぞれの追加的なケースにそれぞれの追加的な共鳴管のそれぞれの追加的な管端部を連結するステップを含み、それぞれの追加的な共鳴管が、前記共鳴管（１０２）の前記特徴長さ（１１６）に一致する追加的な特徴長さを備える、または前記追加的な共鳴管の少なくとも一部が、前記共鳴管（１０２）の前記特徴長さ（１１６）とは異なる少なくとも１つの追加的な特徴長さを備える、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記ライナ（７０）を通る前記穿孔領域（７２）を形成するステップが、約１０個から約３０個の開口を備える前記複数の開口（７４）を形成するステップをさらに含み、各開口が、約２０ｍｍから約６０ｍｍの範囲に及ぶ開口半径を備える、請求項８記載の方法。
【請求項１５】
前記音響ダンピング装置（１００）の前記ケース（１０４）の中に提供される付勢部材（１０８）を用いて、前記通気式フェルール（１０６）を前記穿孔領域（７２）に押し付けられた状態に保つステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１６】
前記ライナ（７０）を通る少なくとも１つの追加的な穿孔領域を形成するステップが、前記ライナ（７０）の単一の流れ方向位置に分布するかまたは前記ライナ（７０）の複数の流れ方向位置に分布する前記少なくとも１つの追加的な穿孔領域を形成するステップをさらに含み、前記ライナ（７０）が、流れ方向に動く流体の流れを囲む、請求項８記載の方法。
【請求項１７】
圧縮機と流体連通した状態で連結される燃焼器（２０）を備えるガスタービンエンジン（１０）であって、前記燃焼器（２０）が、穿孔領域（７２）に少なくとも１つの複数の開口（７４）を含む燃焼器ライナ（７０）を備え、前記燃焼器ライナ（７０）が、燃焼ゾーン（６０）を囲み、前記燃焼器（２０）が、少なくとも１つの音響ダンピング装置（１００）を備え、それぞれの前記音響ダンピング装置（１００）が、前記少なくとも１つの複数の開口（７４）のうちの、対応するそれぞれの複数の開口（７４）を覆って取り付けられ、それぞれの音響ダンピング装置（１００）が、
所定の特徴長さ（１１６）を有する共鳴空洞（１１０）を画定し、開いた管端部を備える、共鳴管（１０２）と、
前記開いた管端部を、前記燃焼領域と流体連通した状態で可逆的に固定するように構成されるケース（１０４）とを備え、前記ケース（１０４）が、前記燃焼器ライナ（７０）の１つの穿孔領域（７２）を覆って押し付けられる通気式フェルール（１０６）を備え、前記通気式フェルール（１０６）が、フェルール開口（１５６）を画定し、前記ライナ（７０）の前記１つの穿孔領域（７２）、前記フェルール開口（１５６）、および前記開いた管端部が、前記燃焼ゾーン（６０）と前記共鳴チャンバ（１１０）の間に前記流体連通を形成するように位置合わせされる、ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１８】
それぞれの前記共鳴管（１０２）が、所定の特徴長さ（１１６）の異なる複数の交換可能な共鳴管から選択され、前記複数の交換可能な共鳴管が、約２．５ｃｍから約３８ｃｍの範囲に及ぶ所定の特徴長さ（１１６）を備える、請求項１７記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの音響ダンピング装置（１００）が、前記燃焼ゾーン（６０）の、同様の流れ方向の場所で、前記燃焼器ライナ（７０）の周りに周方向に分布する２つ以上の音響ダンピング装置（１００）を備える、請求項１７記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの音響ダンピング装置（１００）が、前記燃焼ゾーン（６０）の、互いに異なる流れ方向の場所に分布する２つ以上の音響ダンピング装置（１００）を備える、請求項１７記載のガスタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般にターボ機械に関し、詳細にはガスタービンエンジンに関し、より詳細にはガスタービンエンジン燃焼器内の動圧パルスを制御するための音響ダンピング機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料・空気の化学量論的組成、総流量、および他の動作条件に応じ、通常の動作状態の結果として、ガスタービンエンジンの燃焼器内で音圧振動または圧力パルスが発生する場合がある。ガスタービン燃焼器は、燃料および空気が火炎反応領域の上流で均一に混合されて、窒素酸化物または亜酸化窒素（ＮＯｘ）の排出を削減する、希薄予混合燃焼システムを使用して運転されることがますます多くなっている。これらの燃焼システムが動作する「希薄」な燃料・空気比または当量比により、低い火炎温度が保たれて、望ましくないガス状ＮＯｘ排出物の生成が制限される。しかし、希薄予混合燃焼システムを使用するガスタービン燃焼器の動作は燃焼不安定にも関連付けられ、燃焼不安定により、許容できないほど大きい動圧振動が燃焼器内に生み出される傾向にあり、このことが、機械の損傷および他の動作上の問題の原因になる場合がある。燃焼不安定に起因する圧力パルスは、燃焼器機械の機械的および熱的疲労を含め、ガスタービンエンジンに悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００３】
比較的短尺で小型の燃焼器設計物を含む航空機エンジン転用環状燃焼システムも、燃焼器内の複合的で顕著な音圧振動モードを生成しやすい。これらの複合的な音圧振動モードは、２つの反射表面同士の間で、定常軸方向（ｓｔａｎｄｉｎｇ  ａｘｉａｌ）振動モードに結びついた周方向モードを有することが特徴である。２つの反射表面のそれぞれは、圧縮機出口案内翼（ＯＧＶ）およびタービンノズル入口に対応する燃焼器の端部に位置する。複合的な音圧振動モードは、燃焼システム全体に大きい動圧振動を生み出す。
【０００４】
ガスタービンエンジンの動作中の望ましくない圧力パルスの発生を抑えようと試みる多数の既存の手法は、十分な成功を収めていない。ガスタービンエンジン燃焼器内の圧力パルスは、燃焼温度を上げるなど、ガスタービンエンジンの動作条件を変えることによって改善され得るが、これにより、望まずしてＮＯｘ排出が増える。他の既存の手法は、複雑で場合によっては信頼性が低いアクティブ制御システムを使用し、燃焼器内に組み付けられるセンサで検出される検出された燃焼器圧力パルスに応答して相殺圧力パルスを生成することにより、ガスタービンエンジン燃焼器内の動圧パルスを動的に制御する。他の既存の手法では、燃焼器のライナを貫く穴、および／または種々の場所に位置決めされるデチューニング管（ｄｅｔｕｎｉｎｇ  ｔｕｂｅ）などの、パッシブ圧力ダンパが使用される。しかし、パッシブ圧力ダンパは特定の固定された振幅および周波数にのみ効果的であり、燃焼器内の圧力パルスの振幅および周波数は変化するので、パッシブ圧力ダンパの使用は限定的なものになっている。さらに、既存のパッシブ圧力ダンパ設計物は、燃焼器のライナを通して形成される開口を通って突出し、熱応力の大きい、構造的に脆弱な領域を作り出す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０７７７６４号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、音響ダンピング装置は、所定の特徴長さを有する共鳴空洞を画定し、かつ空洞開口を画定する管端部を画定する共鳴管と、管端部を、ライナによって囲まれる流体容積と流体連通した状態で可逆的に固定するように構成されるケースとを備える。空洞開口は、共鳴空洞に連結される。ケースは、ライナの穿孔領域を覆って押し付けられる通気式フェルールを含む。通気式フェルールは、フェルール開口を画定する。ライナの穿孔領域、フェルール開口、および共鳴空洞開口は、流体容積と共鳴空洞の間に流体連通を形成するように位置合わせされる。
【０００７】
別の態様では、ライナによって囲まれる流体容積内の圧力変動をダンピングする方法は、ライナを通る穿孔領域を形成するステップを含む。穿孔領域は、ライナの外表面と流体容積に互いに隣り合うライナの内表面との間に複数の開口を含む。方法は、穿孔領域に位置合わせして、外表面に音響ダンピング装置を連結するステップをさらに含む。音響ダンピング装置は、ケースと共鳴管とを含む。共鳴管は、所定の特徴長さで形成される共鳴空洞と、共鳴空洞開口を画定する第１の端部とを含む。方法は、穿孔領域を覆って外表面にケースを押し付けるステップをさらに含む。ケースは、フェルール開口を画定する通気式フェルールを含む。方法は、穿孔領域、フェルール開口および共鳴空洞開口が流体容積と共鳴チャンバの間に流体連通を形成するように位置合わせされた状態で、ケースに第１の端部を連結するステップをさらに含む。
【０００８】
別の態様では、ガスタービンエンジンは、圧縮機と流体連通した状態で連結され、穿孔領域に少なくとも１つの複数の開口を有する燃焼器ライナを含む燃焼器を含む。燃焼器ライナは、燃焼ゾーンを囲む。燃焼器は、少なくとも１つの音響ダンピング装置も含む。それぞれの音響ダンピング装置は、少なくとも１つの複数の開口のうちの、それぞれの対応する複数の開口を覆って取り付けられる。それぞれの音響ダンピング装置は、所定の特徴長さを有する共鳴空洞を画定する共鳴管を含む。共鳴管は、開いた管端部を含む。それぞれの音響ダンピング装置は、開いた管端部を、燃焼領域と流体連通した状態で可逆的に固定するように構成されるケースをさらに含む。ケースは、燃焼器ライナの１つの穿孔領域を覆って押し付けられる通気式フェルールを含む。通気式フェルールは、フェルール開口を画定する。ライナの１つの穿孔領域、フェルール開口、および開いた管端部は、燃焼ゾーンと共鳴チャンバの間に流体連通を形成するように位置合わせされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】燃焼器を含む例示的なガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】図１に示されるガスタービンエンジンと共に使用され得る例示的な音響ダンパを有する燃焼器の概略断面図である。
【図３】図２に示される例示的な音響ダンパの概略断面図である。
【図４】燃焼器ライナに取り付けられる、図２および図３に示される例示的な音響ダンパの取付け端部の概略断面図である。
【図５】図４に示される例示的な音響ダンパの取付け端部の分解概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
理解しやすくするために、本出願の全体を通して、「前」という用語は、燃焼システムの燃料／空気取入れ面に向かって軸方向上流に位置付けられる方向および位置を指すために使用されることを理解されたい。理解しやすくするために、本出願の全体を通して、「後」という用語は、メインスワラの出口平面に向かって軸方向下流に位置付けられる方向および位置を指すために使用されることも理解されたい。理解しやすくするために、本出願の全体を通して、「可逆的に固定する」という用語は、管端部を後で取り外すことができるように、ねじが切られた端部やねじが切られた受け口などの可逆的機械的締結具を含むが、これに限定はされない可逆的固定手段を使用して、音響ダンピング装置のケースの中に管端部を固定する動作を指すために使用されることもさらに理解されたい。
【００１１】
図１は、空気取入れ面１２、ファン組立体１４、コアエンジン１８、低圧タービン２４、および排気面３０を含む、例示的なガスタービンエンジン１０の概略図である。ファン組立体１４は、ローターディスク１６から半径方向外方に延在する、ファンブレード１５のアレイを含む。コアエンジン１８は、連続的に流体連通した状態の高圧圧縮機１９、燃焼器２０、および高圧タービン２２を含む。ファン組立体１４と低圧タービン２４は、第１のローターシャフト２６によって連結され、高圧圧縮機１９と高圧タービン２２は、第２のローターシャフト２８によって連結され、その結果、ファン組立体１４、高圧圧縮機１９、高圧タービン２２および低圧タービン２４は、連続的に流体連通した状態であり、ガスタービンエンジン１０の中心回転軸３２に対して同軸上に位置合わせされる。
【００１２】
動作中、空気は、空気取入れ面１２から入り、ファン組立体１４を通って高圧圧縮機１９へと流れる。全空気流６２は、燃焼器２０へと送達される。燃焼器２０からの空気流は、高圧タービン２２および低圧タービン２４を駆動し、その後、排気面３０を通ってガスタービンエンジン１０から出て行く。
【００１３】
図２は、ガスタービンエンジン１０（図１に示される）と共に使用され得る燃焼器２０の概略断面図である。燃焼器２０は、外側バーナー３４と内側バーナー３６とを含む。各バーナー３４および３６は、パイロットスワラ３８と、メインスワラ４０と、環状中心体４２とを含む。環状中心体４２は、パイロットスワラ３８から半径方向外方に位置決めされ、パイロットスワラ３８の周りに周方向に延在し、中心体空洞４６を画定する。
【００１４】
例示的な実施形態では、メインスワラ４０は、パイロットスワラ３８および中心体４２から半径方向外方に間隔を空けて配置される環状のメインスワラハウジング４９を含み、それにより、ハウジング４９と中心体４２の半径方向の外表面５４との間に環状のメインスワラ空洞５２が画定される。メインスワラ燃焼ゾーン６０に収容される流体容積６８は、メインスワラ４０およびパイロットスワラ３８から下流に画定される。画定される流体容積６８およびメインスワラ燃焼ゾーン６０は、環状の燃焼器ライナ７０によって収容される。
【００１５】
燃焼器２０の動作中、全空気流６２は、高圧圧縮機１９から燃焼器２０へと通される。例示的な実施形態では、メインスワラ空気流６４はメインスワラ４０のほうに通され、パイロット空気流６６はパイロットスワラ３８へと送達される。メイン空気流６４は、メインスワラ４０に入り、メインスワラマニホルド（図示せず）を介してメインスワラ４０に供給されるメイン燃料（図示せず）と混ざる。具体的には、例示的な実施形態では、燃料および空気は、メインスワラ４０で予混合され、その後、その結果得られる予混合した燃料・空気混合物は、メインスワラ空洞５２を通ってメインスワラ燃焼ゾーン６０へと通される。より具体的には、メインスワラ４０は、希薄な、よく分散された燃料・空気混合物を燃焼器２０に提供する助けになり、このことは、エンジン１０からのＮＯｘおよび一酸化炭素（ＣＯ）の排出を削減する助けになる。燃料・空気混合物は、メインスワラ空洞５２を通ってメインスワラ燃焼ゾーン６０に供給され、燃焼が起きる。
【００１６】
燃焼器２０は、エンジン１０の動作中に経験され得る、自然発生の音響周波数を有する。たとえば、希薄状態のもとで運転されるとき、高周波の燃焼ダイナミクス（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｄｙｎａｍｉｃｓ）が、燃焼器２０で生成され得る。燃焼器２０などの乾式低公害型（ＤＬＥ）燃焼器での高周波音響効果、または燃焼不安定は、燃焼器２０の中の不安定な火炎と中心体後端部５８での渦放出の相互作用に関連付けられる。渦放出は、後端部５８から下流に延びる、不連続な渦を形成するものである。渦放出は、燃料・空気混合物に、また希薄予混合火炎から放出される熱に、振動を生じさせる場合がある。さらに、このような渦は、燃焼器２０での音響効果に結びつく場合がある。このような結びつきが起きると、望ましくない振動を生成し得る、規模の大きい燃焼不安定がもたらされる場合がある。
【００１７】
燃焼器２０の中にパイロットスワラ３８を含めることにより、ＮＯｘおよびＣＯの排出を低減することができ、さらに、燃焼不安定を抑えるのを助けることができる。具体的には、メインスワラ４０は、燃料をメインスワラ空気流６４と予混合することにより、希薄燃料・空気混合物を提供することを助ける。その結果得られるメインスワラ火炎は、希薄されない火炎よりも温度が低く、燃焼中に生成されるＮＯｘ排出を低減させることができる。しかし、火炎温度が低いことは、燃焼器２０の燃焼不安定が増すのを助長する。例示的な実施形態では、パイロットスワラ３８は、燃焼器２０に供給される全燃料流の何分の１かを使用して、希薄されない、また予混合されない燃料・空気混合物を提供することにより、燃焼器２０の燃焼不安定を抑える助けになる場合がある。より具体的には、パイロット火炎は、燃焼不安定を生じさせる渦を抑える、粘性の高い高温ガス流を発生させる。燃焼器２０の中のパイロット火炎は、燃焼器２０への全燃料流の何分の１かを使用して維持される。非限定的な例として、パイロット火炎は、燃焼器２０への全燃料流の約２％を消費する場合がある。
【００１８】
一実施形態では、燃焼器２０は、少なくとも１つの音響ダンピング装置１００を含んで、過濃燃焼または希薄燃焼の航空型燃焼器または航空転用型燃焼器で発生し得る、横方向音響モード、軸方向音響モード、および混合された軸方向・横方向音響モードを含むがこれらに限定はされない、燃焼器２０の中で生成される種々のモードの燃焼ダイナミクスを抑える。装置１００は、端部が開いた共鳴空洞１１０を囲む共鳴管１０２を含み、共鳴管１０２は、ケース１０４の中に固定され、近位開端部１１２を保持し、近位開端部１１２は、燃焼器ライナ７０の穿孔領域７２に押し付けられて、共鳴空洞開口１１３（図３を参照）を画定する。一実施形態では、開端部１１２は、ケース１０４の中に提供される付勢部材１０８によって、穿孔領域７２に押し付けた状態で保持される。付勢ばねを含むがこれに限定はされない付勢部材１０８は、熱応力、および／または装置１００の要素を含むがこれに限定はされない隣接する構造的要素に対する様々な熱膨張／熱収縮によりたわむ場合がある燃焼器ライナ７０の様々な位置にある穿孔領域７２に対して、近位開端部１１２の位置を保持する付勢力を生み出す。
【００１９】
種々の燃焼ダイナミクスモードに関連付けられる、燃焼ゾーン６０の中の音響エネルギーの少なくとも一部は、ライナ７０の穿孔領域７２および共鳴管１０２の開端部１１２を通って形成される流体経路を介して、共鳴空洞１１０へと伝達される。この流体経路は、エンジン１０の種々の動作状態の間、共鳴管１０２の押し付けられる開端部１１２によって保持される、装置１００と燃焼器ライナ７０の間の封止部により、著しい漏れなしに保持される。
【００２０】
共鳴空洞１１０へと伝達される音響エネルギーは、装置１００によって少なくとも部分的に吸収され、それによって振幅が抑えられ、かつ／または燃焼ゾーン６０の中の音響エネルギーを特徴付けるモード形状が変更され、その結果、燃焼ダイナミクスが低減する。一実施形態では、共鳴空洞１１０は、共鳴管１０２によって囲まれる１／４波長レゾネータである。共鳴管１０２は、特徴長さ１１６だけ隔てられる、開いた近位端部１１２と閉じた遠位端部１１４とを備える。いかなる特定の理論にも限定されるものではないが、音波の形をとって開端部１１２に入る、燃焼ゾーン６０からの音響エネルギーは、遠位方向に閉端部１１４へと伝搬し、閉端部１１４は、燃焼ゾーン６０から開端部１１２に入る、後に続く入射音波と１８０度ずれた位相で、近位開端部１１２の方へ戻るように音波を反射する。特徴長さ１１６に関連付けられる周波数範囲における、共鳴空洞１１０の中での空気の振動は、粘性損失および渦損失を含むがこれらに限定はされない散逸損失（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｖｅ  ｌｏｓｓ）を生み出し、これらは、音響エネルギーの散逸を可能にする。燃焼ゾーン６０から開端部１１２に入る音波に含まれる音響エネルギーは減衰され、その結果、燃焼ゾーン６０の中での燃焼ダイナミクスが低減される。
【００２１】
種々の実施形態では、装置１００は、装置１００の特徴長さ１１６によって決定される周波数範囲に収まる、燃焼ゾーン６０内の音響エネルギーの一部を減衰させる。したがって、装置１００の特徴長さ１１６は、所望の範囲の音響エネルギー周波数を減衰させるように選択される。一態様では、減衰される所望の周波数範囲に対応する共鳴管１０２の特徴長さ１１６は、当技術分野ではよく知られている半経験的方法を使用して選択される。減衰される音響エネルギーの周波数範囲は、通常は過去の経験、経験的モデリングおよび半経験的モデリングの組合せを使用して、またトライアルアンドエラーによって決定される。非限定的な例として、周波数ｆによって特徴付けられる音響エネルギーを減衰させるのに適した特徴長さ１１６は、式１に従って選択される：
【００２２】
【数１】
2019519805.tif 000003
上式で、Ｌは特徴長さ１１６であり、Ｃは選択された温度および圧力での音速であり、ｆは減衰される音響エネルギーの周波数である。
【００２３】
種々の態様では、装置１００は、約１００Ｈｚから約５０００Ｈｚの範囲の周波数において、燃焼ダイナミクスの音響エネルギーを減衰させることができる。この周波数範囲で燃焼ダイナミクスの音響エネルギーを減衰させるために、装置１００の特徴長さ１１６は、約１インチ（２．５ｃｍ）から約１５インチ（３８ｃｍ）の範囲に及ぶ。一態様では、燃焼器２０は、２つ以上の装置１００を含んで、燃焼ダイナミクスの減衰を促進してもよい。２つ以上の装置１００は、周波数の分布、および／または燃焼ゾーン６０の中の燃焼ダイナミクスの空間的分布に従って、燃焼器ライナ７０の異なる場所に位置決めされてもよい。
【００２４】
一実施形態では、２つ以上の装置１００は、燃焼ゾーン６０に対して同様の流れ方向の場所において、環状の燃焼器ライナ７０の周りに周方向に分布する。別の実施形態では、２つ以上の装置１００は、燃焼ゾーン６０に対して互いに異なる流れ方向の場所において、燃焼器ライナ７０の長さに沿って軸方向に分布する。追加的な一実施形態では、２つ以上の装置１００は、燃焼器ライナ７０に、周方向かつ軸方向に分布する。別の追加的な実施形態では、追加的な装置は、バーナー３４および３６の上流に位置決めされて、上流へと伝搬する燃焼ダイナミクスを減衰させる。
【００２５】
種々の実施形態では、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１５、２０、またはこれより多い装置１００が、燃焼器ライナ７０に、かつ／またはバーナー３４および３６の前に組み付けられる。一実施形態では、すべての装置１００が、特徴長さ１１６が一致した共鳴管１０２を含み、その結果、すべての装置１００は、一致した周波数範囲の燃焼ダイナミクスを減衰させる。別の態様では、すべての装置１００が、特徴長さ１１６の異なる共鳴管１０２を含み、その結果、装置１００は、２つ以上の装置１００の中での特徴長さ１１６の分布に従って、種々の周波数範囲内の燃焼ダイナミクスを減衰させる。
【００２６】
図３は、図２に示される装置１００の詳細断面概略図である。図３に示される例示的な実施形態では、装置１００は、共鳴管１０２を含み、これは、ケース１０４の遠位端部１２２の中に形成される締結接続具１２０に共鳴管１０２の締結部１１８を係合させることによってケース１０４の中に固定される。種々の態様では、締結部１１８は、近位開端部１１２と遠位閉端部１１４の間で、燃焼器ライナ７０の穿孔部７２に開端部１１２を押し付けて据えるように選択されるある位置において、共鳴管１０２に付けられる。種々の他の態様では、締結部１１８は、摩擦継手、クランプ、止めねじ、圧縮継手、および任意の他の知られている保持用接続具を含むがこれらに限定はされない、取付け具の中に管を保持する任意の知られている手段により、ケース１０４に対して固定位置で、共鳴管１０２の一部を保持するように構成される。
【００２７】
この実施形態では、共鳴管１０２の締結部１１８は、可逆的に締結接続具１２０に係合するように構成され、これにより、燃焼器ケーシング８０および／または燃焼器ライナ７０を含むがこれらに限定はされない燃焼器２０の要素の乱れを最小限にして、共鳴管１０２を特徴長さ１１６の異なる共鳴管１０２と交換することが可能になる。一実施形態では、共鳴管１０２は、必要に応じて、特徴長さ１１６の異なる複数の共鳴管１０２から選択される。たとえば、音響ダンピング装置１００の共鳴管１０２の交換が比較的簡単であることにより、共鳴管１０２の特徴長さ１１６に対応する周波数範囲において、燃焼ダイナミクスのダンピングを細かく調整することが可能になる。
【００２８】
再び図３を参照すると、ケース１０４は、この実施形態では燃焼器の外側ケーシング８０に取り付けられる、付けられた基部１２４をさらに含む。基部１２４は、外側ケーシング８０に付くように構成される取付け具１２６を含む。取付け具１２６は、少なくとも１つの締結具開口１２８を含み、これは、締結具開口１２８を通って下にある外側ケーシング８０へと機械的締結具を受けて、燃焼器２０の外側ケーシング８０に基部１２４を付けるように構成される。適した機械的締結具の非限定的な例には、ねじ、ボルト、リベット、または任意の他の適した機械的締結具が含まれる。
【００２９】
図３に示されるように、基部１２４の近位端部１３０は、燃焼器２０の外側ケーシング８０を通って画定される開口８２を通って突出する。近位端部１３０は、スリーブ１３４を収容するスリーブトラック１３２を画定する。図４は、図２および図３に示されるケース１０４の拡大図である。図３および図４を参照すると、スリーブ１３４は、スリーブ１３４の中に形成されるスリーブ内部空洞１３８に収容される付勢部材１０８の影響下で、近位・遠位方向１３６に摺動するように構成される。付勢部材１０８は、ばね遠位端部１４０ではスリーブトラック１３２の内表面１４４に取り付けられ、反対のばね近位端部１４２ではスリーブ内部空洞１３８の内表面１４６に取り付けられる。この実施形態では、付勢部材１０８には事前に荷重がかけられ、その結果、スリーブ近位端部１４８および取り付けられたフェルール１０６は近位方向に突出し、燃焼器ライナ７０の穿孔領域７２にフェルール１０６を押し付ける。
【００３０】
図３および図４を再び参照すると、ケース１０４の基部１２４は、締結接続具１２０とスリーブトラック１３２の間のケース開口１５０を通して共鳴管１０２の近位開端部１１２を受ける。近位開端部１１２は、スリーブ内部空洞１３８および付勢部材１０８を通って近位方向に延在し、スリーブ近位端部１４８においてスリーブ内部空洞１３８の中に形成される管保持用接続具１５２に当てて機械的に保持される。非限定的な例として、管保持用接続具１５２は、図３および図４に示されるように、スリーブ近位端部１４８に形成される周方向の段でもよい。
【００３１】
この実施形態では、通気されたフェルール１０６が、スリーブ近位端部１４８に取り付けられる。図５は、図２、図３、および図４に示されるフェルール１０６および燃焼器ライナ７０の分解図である。図５に示されるように、フェルール１０６は、スリーブ近位端部１４８に取り付けられる。フェルール１０６は、フェルール近位面１５８からフェルール遠位面１６０へと通じる中央フェルール開口１５６を含む。一態様では、中央フェルール開口１５６は、フェルール近位面１５８に形成される、広がった開口部１６２を含む。この態様では、広がった開口部１６２は、穿孔部７２において燃焼器ライナ７０を通って形成される開口７４の少なくとも一部に重なり合うようなサイズにされる（図４を参照）。フェルール近位面１５８は、燃焼ゾーン６０からの燃焼ダイナミクスに起因する圧力変動を、開口７４、フェルール開口１５６、近位スリーブ開口１６４、および共鳴管１０２の近位開端部１１２を介して共鳴チャンバ１１０へと送り出すために、穿孔領域７２のすべての開口７４を覆うようなサイズにされる。
【００３２】
図４および図５を再び参照すると、フェルール１０６は、フェルール開口１５６からフェルール１０６の外縁部１６８へと半径方向に延在する複数の空気導管を形成する、複数のフェルール通路１６６をさらに含む。この実施形態では、フェルール通路１６６は、燃焼ゾーン６０から音響ダンピング装置１００に入る圧力変動のダンピングを助ける。種々の実施形態では、フェルール通路１６６は、半径方向に、かつフェルール近位面１５８の平面に対し、限定されない任意の上向きの角度または下向きの角度で延在する。種々の実施形態では、複数のフェルール通路１６６は、少なくとも２本の通路、少なくとも３本の通路、少なくとも４本の通路、少なくとも５本の通路、少なくとも６本の通路、少なくとも７本の通路、少なくとも８本の通路、少なくとも１０本の通路、少なくとも１２本の通路、少なくとも１６本の通路、少なくとも２４本の通路、またはこれより多い通路を含む。
【００３３】
図５を再び参照すると、付勢部材１０８は、燃焼器ライナ７０の中の穿孔領域７２の開口７４を覆って、燃焼器ライナ７０の外表面７８にフェルール近位面１５８を押し付けるように構成される近位付勢力１７０を作用させる。押し付けられたフェルール近位面１５８は、付勢力１７０によって保持される、開口７４を覆う封止部を形成する。図４に示されるように、フェルール１０６および取り付けられたスリーブ１３４は、近位方向および遠位方向に摺動して、燃焼器ライナ７０の膨張および収縮を補償するように構成されるが、近位面１５８は、図５に示されるように、付勢力１７０によってライナ７０の外表面７８に対して封止されたままになる。
【００３４】
図５を再び参照すると、燃焼器ライナ７０は、複数の穿孔領域７２を含み、各穿孔領域７２は、各音響ダンピング装置１００に対応する。各穿孔領域７２は、燃焼ゾーン６０と互いに隣り合うライナ７０の内表面７６からライナ７０の外表面７８へと延在する複数の開口７４を含む。種々の実施形態では、複数の開口７４は、約１０個から約３０個の開口、またはそれより多い開口を含む。種々の他の態様では、複数の開口７４は、１０個の開口、１２個の開口、１４個の開口、１６個の開口、１８個の開口、２０個の開口、２２個の開口、２４個の開口、２６個の開口、２８個の開口、または３０個の開口を含む。
【００３５】
種々の実施形態では、それぞれの開口７４の直径は、約２０ｍｍから約６０ｍｍの範囲でもよい。種々の他の実施形態では、開口７４の直径は、２０ｍｍ、２２ｍｍ、２４ｍｍ、２８ｍｍ、３２ｍｍ、３６ｍｍ、４０ｍｍ、４４ｍｍ、４８ｍｍ、５２ｍｍ、５６ｍｍ、および６０ｍｍでもよい。一実施形態では、各開口７４は、直径が一致する。別の実施形態では、１つまたは複数の開口７４は、穿孔領域７２の中の他の開口７４とは直径が異なる。
【００３６】
種々の実施形態では、複数の開口７４は、燃焼器ライナ７０に対し、限定されない任意の角度で位置合わせされてもよい。一実施形態では、複数の開口７４は、局所的に燃焼器ライナ７０に対して垂直である。別の実施形態では、複数の開口７４は、燃焼器ライナ７０に対して１つまたは複数の角度で位置合わせされる。一実施形態では、すべての開口７４は、燃焼器ライナ７０に対し、同じ角度に沿って位置合わせされる。非限定的な例として、図４および図５に示されるように、開口７４は、燃焼器ライナ７０に対して垂直に位置合わせされてもよい。別の実施形態では、複数の開口７４は、穿孔領域７２内において、互いに対して、また燃焼器ライナ７０に対して、異なる角度を有してもよい。一実施形態では、燃焼器ライナ７０は、各装置１００に隣接するライナ７０を局所的に補強するために、局所的に厚くされた領域またはボス７９を含んでもよい。
【００３７】
一実施形態では、押し付けられた各フェルール近位面１５８によって覆われる面積は、フェルール近位面１５８の下にある、穿孔領域７２の対応する面積よりも大きい。一実施形態では、広がった開口部１６２は、穿孔領域７２の、下にある開口７４の少なくとも一部を露出させるような寸法にされる。この実施形態では、広がった開口部１６２の接触面積は、拡大または縮小されて、圧力変動が燃焼ゾーン６０から共鳴空洞１１０へと通過することができる、露出した開口７４の総面積を調節することができる。別の実施形態では、燃焼器ライナ７０のその場所の音響ダンピング装置１００を作動しないようにするために、近位開端部１１２を有する共鳴管１０２は、閉じた近位端部（図示せず）を有する管と交換されてもよい。上述のように、音響ダンピング装置１００のケース１０４は、特徴長さ１１６の異なる様々な共鳴管１０２を可逆的に固定するように構成され、これにより、音響ダンピング装置１００のその他の部分を修正する必要なしに、共鳴管１０２を閉じた近位端部を有する管と取り替えることが可能になり、その逆も同様に可能になる。
【００３８】
この実施形態では、燃焼器ライナ７０の穿孔領域７２に押し付けられるフェルール１０６の構成により、既存の装置と比べて少なくともいくつかの利点が提供される。複数の比較的小さい開口７４を含む穿孔領域７２は、既存の音響ダンパ設計物において共鳴管が突出する単一の大きい開口に比べて、熱応力に対して比較的耐久性がある。さらに、複数の開口７４は、ライナ７０の構造的一体性に対する影響を最小限にして、既存の設計物によって必要とされる単一の開口と比べて、比較的大きい総ダンピング面積へとスケール変更され得る。さらに、共鳴管１０２を取り替えることにより、装置１００のアレイによってダンピングされる音響振動の周波数範囲をオフにする、かつ／または調整することができるので、燃焼器ライナ７０上の位置に応じてアレイの各装置１００を局所的に調整する機能にかなりの柔軟性をもたせることが可能になる。
【００３９】
さらに、音響ダンピング装置１００が燃焼器ライナ７０の相対的な膨張または収縮を補償できることにより、ライナ材料は、潜在的な熱応力を低減させるために音響ダンピング装置１００と一致させる必要がないので、ライナ７０の構造物向けに種々の材料を使用することが可能になる。燃焼器ライナ７０に適した材料の非限定的な例には、ステンレス鋼やセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）などの、熱に強い金属が含まれる。さらに、ライナ７０にフェルール１０６を押し付け、かつ比較的小さいフェルール通路１６６を介してフェルール１０６を通気しているので、音響ダンピング装置１００は、音響ダンピング装置１００とライナ７０の間の接合部に大きい間隙が発生するのを最小限に抑える。
【００４０】
音響ダンピング装置の例示的な実施形態が、上に詳細に述べられている。音響ダンピング装置は、本明細書に記述される燃焼器と共に使用することに限定されるものではなく、むしろ、音響ダンピング装置は、単独で、また本明細書に述べられる他の燃焼器構成要素とは別々に利用することができる。さらに、本発明は、上に詳細に述べられた、燃焼器音響ダンピング装置の実施形態には限定されない。むしろ、燃焼器音響ダンピング装置の他の変形形態が、特許請求の範囲に記載の趣旨および範囲において利用されてもよい。
【００４１】
本発明は、種々の具体的な実施形態の点から説明されてきたが、本発明が、特許請求の範囲に記載の趣旨および範囲において、修正形態を用いて実施されてもよいことは、当業者には理解されよう。
【符号の説明】
【００４２】
１０  ガスタービンエンジン
１２  空気取入れ面
１４  ファン組立体
１５  ファンブレード
１６  ローターディスク
１８  コアエンジン
１９  高圧圧縮機
２０  燃焼器
２２  高圧タービン
２４  低圧タービン
２６  第１のローターシャフト
２８  第２のローターシャフト
３０  排気面
３２  中心回転軸
３４  外側バーナー
３６  内側バーナー
３８  パイロットスワラ
４０  メインスワラ
４２  中心体
４６  中心体空洞
４９  メインスワラハウジング
５２  メインスワラ空洞
５４  外表面
５８  中心体後端部
６０  メインスワラ燃焼ゾーン
６２  全空気流
６４  メインスワラ空気流、メイン空気流
６６  パイロット空気流
６８  流体容積
７０  燃焼器ライナ
７２  穿孔領域
７４  開口
７６  内表面
７８  外表面
７９  ボス
８０  燃焼器ケーシング、外側ケーシング
８２  開口
１００  音響ダンピング装置
１０２  共鳴管
１０４  ケース
１０６  フェルール
１０８  付勢部材
１１０  共鳴空洞、共鳴チャンバ
１１２  近位開端部、開端部
１１３  共鳴空洞開口
１１４  遠位端部、閉端部
１１６  特徴長さ
１１８  締結部
１２０  締結接続具
１２２  遠位端部
１２４  基部
１２６  取付け具
１２８  締結具開口
１３０  近位端部
１３２  スリーブトラック
１３４  スリーブ
１３６  近位・遠位方向
１３８  スリーブ内部空洞
１４０  ばね遠位端部
１４２  ばね近位端部
１４４  内表面
１４６  内表面
１４８  スリーブ近位端部
１５０  ケース開口
１５２  管保持用接続具
１５６  中央フェルール開口
１５８  フェルール近位面
１６０  フェルール遠位面
１６２  開口部
１６４  近位スリーブ開口
１６６  フェルール通路
１６８  外縁部
１７０  近位付勢力
【図１】
2019519805.tif 000004
【図２】
2019519805.tif 000005
【図３】
2019519805.tif 000006
【図４】
2019519805.tif 000007
【図５】
2019519805.tif 000008
【国際調査報告】
2019519805.tif 000009
2019519805.tif 000010